Ich würde es so machen:
Such dir den 15k-Widerstand auf der Platine und schmeiß den raus.
Dann würde ich einen einfachen Atmel nehmen (z.B. Attiny2420) oder ein anderer günstiger, der PWM modulieren kann...
Dann würde ich einen NPN-Transistor (z.B. BC547) als Emitterfolger (Collector an +5V) in die Schaltung einbringen.
(Am Emitter bekommst du dann zwar nicht mehr die vollen 5 Volt raus, aber die bekommst du mit deinem originalen NTC auch nicht hin.)
Am Emitter wird ein kleiner Elko angeschlossen (10µF, mit einem hochohmigen Widerstand gegen Masse musst du probieren je nachdem wie groß der Eingangswiderstand der Regelschaltung ist)
An der Basis legst du dann, natürlich auch mit Vorwiderstand, das PWM-Signal, welches vom Controller kommt, an.
Dann kannst du im Programm relativ genau über die Pulsweite eine Spannung generieren und der Klimaregelung einen NTC-Istwert vorgaukeln.
Bei einem ähnlichen Projekt, wo es darum ging bei einer Steuerung ein Poti digital zu ersetzen hat sich das bewährt.

Gruß
Pete